
氢原子的质量小于组成它的质子和电子的总质量 , 你说得对 , 的确是小了点 , 但是一个东西怎么可能比每个组成部分的总质量轻呢?
E = MC可能是所有物理学中最著名的方程 , 但是在1905年的原始版本中 , 爱因斯坦实际上写了另一种形式 , 他写了M = E/C , 因为作为物理学的基石 , 它的核心是告诉我们质量意味着什么 。
你会经常看到这样的描述:质量是能量的一种形式 , 或者质量是冻结的能量 , 或者质量可以转化为能量 , 这些都不太正确 。
日常生活中那些看似奇怪的例子 , 可以帮助我们更好的理解m = e/c的含义 , 拿一个简单的质点来说 , 即使两个物体由相同的成分组成 , 它们通常也不会有相同的质量 , 一个物体的质量不是其各部分质量的总和 。 相反 , 一个复合物体的总质量取决于以下两个方面 , 第一 , 它各部分的排列;第二 , 这些部分在物体中运动的方式 。
举个例子 , 想象一下 , 两块手表上紧的发条完全一样 , 一块继续走 , 另一块停了 , 爱因斯坦曾经说过 , 走路的质量会更大 , 为什么呢?
在走表中 , 指针和齿轮都在运动 , 所以有动能 , 同时卷簧也有势能 , 而且手表运动部件之间的摩擦会产生一些热量 , 使它们的原子运动得更剧烈一点 , 也就是热能 , 或者在更小的尺度上 , 相当于不规则运动的动能 。
M = e/c是指表本身零件的所有动能、势能、热能也是表质量的一部分 , 只要把这些能量加起来除以光速的平方 , 动能就是势能和热能对总质量的贡献 。 但是因为光速太大 , 这个额外的质量非常小 , 可以忽略不计 , 爱因斯坦还说 , 这就是为什么大多数人错误地认为质量是一个物体中“物质的量”的指标!
只是在日常生活中 , 我们没有注意到这些微小的差异 , 但它们确实存在 , 如果你有足够精确的称重 , 是可以测量的!
但是说指针质量变大是因为指针在运动 , 只是一种过时的说法 。 现代物理学家大多指静止质量 , 或称“静止质量” , 所以现在不再使用“静止质量”这个词(直接说质量) 。
这个规定有很多原因 , 其中 , 所有观察者都认同静止质量是一个属性 , 我们现在讨论的m = e/c的m就是静止质量 。 你可以把质量作为一个物体加速难易程度的标志 , 或者一个物体所受重力大小的指标 。 然而 , 无论你如何看待它 , 一个走动的手表总是比一个相同的 , 但停止的手表质量更好 。
【深层解读E=MC2平方中M的含义,质量?那只是表面,里面蕴藏着更深层宇宙奥秘!】再比如 , 当你打开手电筒 , 它的质量马上开始减少 。 为什么呢?
光携带着能量 , 这种能量本来是储存在电池里的 , 电化学能量作为手电筒质量的一部分 , 这种能量发出来就不能再称为质量了 , 这样 , 太阳本质上就是一个大手电筒 , 因为它也发光 , 质量每秒减少40亿公斤 。
这个不用担心 , 地球还在照常运转 , 因为太阳每秒损失的质量只是太阳总质量的二十分之一的10次方 。
事实上 , 除了一些特殊情况 , 元素周期表中所有原子的总质量都小于组成它们的质子、中子和电子的质量 , 分子的质量也是如此 。 一个氧分子的质量小于组成它的两个氧原子的质量 , 因为一旦形成化学键 , 这些原子的动能和势能之和就变成负值了!
质子和中子本身的质量呢?它们由一种叫做夸克的物质组成 。 夸克的质量比质子或中子的质量小2-3千倍 。 那么质子的质量从何而来?
基本上来源于“夸克势能” , 然后问题又来了 。 电子和夸克的质量从何而来?至少在粒子物理的标准模型中 , 它们不再有更小的子结构 , 那么如何解释它们的质量呢?
这是一个微妙的问题 , 简单来说 , 你可以把它们的质量看作是各种势能的反映 。 比如电子和夸克与希格斯场相互作用形成的势能 , 或者与自身电场相互作用形成的势能 , 对于夸克来说 , 就是与胶子的相互作用 。
那么如何解释物质和反物质的湮灭呢?这个物质不是“转化”成能量了吗?
同样 , 甚至这个过程也可以用一种方式概念化为从一种能量到另一种能量(动能、势能、光能等)的纯粹转换 。 ) , 完全没有任何质能转换 。 事实上 , 你不必把质量“转换”成能量 。
也可以说 , 我们所说的质量根本不是一个事物 , 它是一种属性 , 属性是一个物体的各种内在能量的表现 。 由此可见 , 虽然从物质的角度把质量看做“量”是不准确的 , 但却可以看作是能量的度量!所以 , 你每次称体重 , 数值其实就是你的总能量 , 只是你没发现而已!
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